DE2903082A1

DE2903082A1 - Gesinterter titancarbid-werkzeugstahl

Info

Publication number: DE2903082A1
Application number: DE19792903082
Authority: DE
Inventors: Mal M Kumar; Stuart E Tarkan
Original assignee: Chromalloy American Corp
Current assignee: Chromalloy American Corp
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1979-01-26
Publication date: 1979-08-09
Also published as: DE2903082C2; US4174967A

Description

Die lirfindung betrifft einen gesinterten Ίitancarbid-Werkzeugstahl mit einer verbesserten "Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock, Schlagbeanspruchung, Abrieb und Erweichung bei erhöhten Temperaturen aus einer Stahlmatrix mit hierin dispergierten primären Titancarbid-körnern. Des weiteren betrifft die Lrfindung die Verwendung eines solchen 'iitancarbid-Werkzeugstahles zur Herstellung von gehärteten, abriebwiderstandsfähigen Formelementen oder Formteilen, die sich
insbesondere für die Bearbeitung in der Hitze oder für Iieißbearbeitungsverfahren eignen.

Titancarbid-lv'erkzeugstähle aus einer in der Hitze bearbeitbaren Stahlmatrix mit in der Matrix dispergierten primären
Körnern aus Titancarbid sind bekannt, beispielsweise aus der US-PS 2 828 202. In typischer Weise enthält ein solcher Werkzeugstahl 35 Gew.-I TiC in Form von primären Carbidkörnern,
die in der Stahlmatrix dispergiert sind. Die Stahlmatrix besten t dabei beispielsweise zu 3 Gew.-% aus Cr, zu 3 Gew.-%
aus Mo, zu 0,6 Gew.-% aus C und zum Rest im wesentlichen aus Üiiseri. Der Stahl wird dabei vorzugsweise unter Anwendung von pulvermetallurgischen Verfahren erzeugt, wobei pulverförmiges Titancarbid (primäre Carbidkörner) mit pulverförmigen stahlbildenden Bestandsteilen vermischt wird, beispielsweise mit
den oben erwähnten Komponenten. Darauf wird ein Preßling durch Verpressen der Mischung in einer Form hergestellt, worauf
dieser Preßling einer Sinterung in flüssiger Phase unter nichtoxidierenden Bedingungen unterworfen wird, beispielsweise im Vacuum. Der Ausdruck "primäre Titancarbid-Körner" wurde hier zur Bezeichnung von Titancarbid-Körnern als solchen gewählt, die direkt zur Herstellung der Werkzeugstähle verwendet werden und die durch die Wärmebehandlung praktisch nicht beeinflußt oder beeinträchtigt werden.

Zur Herstellung eines Titancarbid-Werkzeugstahles mit beispielsweise 33 Gew.-% TiC (ungefähr 45 Volumen-°e), irobei der Rest des Stahles aus der Stahlmatrix besteht, können zum Bei-

spiel 500 g TiC, beispielsweise einer Korngröße von 5 bis 7 Mikron, mit 1000 g stahlbildenden Bestandteilen in einer Mühle vermischt werden, die zur Hälfte mit Kugeln aus rostfreiem Stahl gefüllt ist. Zu dem pulverförmigen Mühleninhalt wird dann noch auf jeweils 100 g Gemisch 1 g Paraffinwachs zugegeben. Daraufhin wird die Mischung in der Mühle vermählen, beispielsweise etwa 40 Stunden lang, unter Verwendung von Hexan als Träger.

Nach Beendigung des Mahlprozesses wird das Gemisch aus der Mühle entnommen, getrocknet und unter Druck durch Verpressen in die gewünschte Form gebracht. Dabei kann beispielsweise ein Druck von 2110 oder 2362 kg/cm angewandt werden. Der erhaltene Preßling wird dann einer Sinterung in flüssiger Phase im Vacuum bei einer Temperatur von beispielsweise 1450 C unterworfen, beispielsweise eine halbe Stunde lang in einem Vacuum entsprechend 20 Mikron Quecksilbersäule oder einem noch stärkeren Vacuum. Nach Beendigung des Sinterprozesses wird der Preßling abgekühlt und beispielsweise durch zweistündiges Erhitzen auf etwa 900⁰C getempert, worauf er mit einer Geschwindigkeit von etwa 15⁰C pro Stunde auf etwa 100⁰C abgekühlt wird. Daraufhin wird der Preßling in einem Ofen auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Der in dieser Weise behandelte Preßling weist eine entspannte oder getemperte MikroStruktur mit Sphäroiden auf. Die durch das Tempern erzielte Härte liegt bei etwa 45 R_r, wobei der Werkzeugstahl mit vergleichsweise hohem Kohlenstoffgehalt maschinell bearbeitet werden kann und/oder durch Schleifen in die gewünschte Werkzeugform oder ein gewünschtes Maschinenteil überführt werden kann, bevor eine Härtung erfolgt.

Die Härtungsbehandlung besteht dabei in der Erhitzung des bearbeiteten Teiles auf eine austenitische Temperatur von etwa 955⁰C. Die Erhitzungsdauer beträgt beispielsweise etwa eine viertel Stunde, worauf das Teil in Öl abgeschreckt wird unter Erzeugung einer Härte von etwa 70 Rp.

Obgleich ein Werkzeugstahl des beschriebenen Typs in der Praxis einen gewissen komerziellen Erfolg hatte, weist ein solcher Stahl doch bestimmte Nachteile auf. Wird ein solcher Stahl beispielsweise als Formmaterial unter Bedingungen verwendet, unter denen aufgrund einer Reibung Wärme erzeugt wird oder wird das zu bearbeitende Metallteil vorerhitzt, so tritt leicht eine Übertemperung auf, die zu einer Erweichung des Formteiles führt. Hinzu kommt, daß, wenn nicht besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um ein rasches Erhitzen und eine rasche Abkühlung zu vermeiden, Formteile der angegebenen Zusammensetzung leicht einer thermischen Spaltung unterliegen, d.h. daß in den Formteilen leicht Risse auftreten. Des weiteren hat sich gezeigt, daß die sogenannte Querzerreißfestigkeit, obgleich sie für viele Anwendungszwecke ausreichend ist, doch nicht so hoch wie erwünscht ist, d.h. es hat sich gezeigt, daß

2 die Querzerreißfestigkeit in der Regel nur bei etwa 17600 kg/cm

bis etwa 21100 kg/cm² liegt.

Ein weiterer Typ eines stahl-gebundenen Carbides ist aus der auf die Anmelderin zurückgehenden US-PS 3 653 982 bekannt. Ein typischer Stahl dieses Typs enthält etwa 34,5 Gew.-°s TiC in Form von über die Stahlmatrix verteilten primären Carbidkörnern, wobei die Stahlmatrix den Rest des Werkzeugstahles bildet. Die Stahlmatrix enthält selbst etwa 10 Gew.-% Cr, 3 Gew.-°6 Mo, 0,85 Gexi.-% C und besteht zum Rest im wesentlichen aus Eisen. Dieser WErkzeugstahl unterscheidet sich von dem zuvor erwähnten Werkzeugstahl mit vergleichsweise geringem Chromgehalt darin, daß er bei Temperaturen von etwa 538⁰C getempert werden kann und eine zufriedenstellende hohe Härte auch bei solchen Temperaturen beibehält, insbesondere dann, wenn der Stahl als abriebfester Dichtungsstreifen in Rotationskolben-Maschinen, beispielsweise Wankel-Motoren verwendet wird. Auch dieser Werkzeugstahl jedoch, unterliegt wie der zuerst erwähnte Werkzeugstahl einem thermischen Schock und

2 weist nur eine Querzerreißfestigkeit von etwa 17600 kg/cm

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bis 21100 kg/cm auf. Hinzu kommt, daß dieser Stahl oder

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dieses stahlgebundene Carbid einer Erweichung lediglich bis zu Temperaturen von etwa 51O⁰C oder 538⁰C zu widerstehen vermag, weshalb ein solcher Stahl nur begrenzt als Formmaterial bei bestimmten Heißbearbeitungsverfahren anwendbar ist.

Aus der US-PS 3 053 706, die ebenfalls auf die Anmelderin zurückgeht, ist des weiteren ein Werkzeugstahl oder ein stahl-gebundenes Carbid bekannt, das eine vergleichsweise gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Erweichen bei erhöhten Temperaturen aufweist. Ein typischer Werkzeugstahl dieses Typs enthält ein in einer festen Lösung vorliegendes hitzebeständiges Carbid vom Typ WTiC₂ mit etwa 75 % WC und 25 % TiC. Dies Carbid, das vorzugsweise in einer Menge von 45,6 Gew.-% vorliegt, ist in der Stahlmatrix, die den Rest des Werkzeugstahles bildet, verteilt. Die Matrix, die einem zweiten Härtungsprozeß bei 538 bis 65O⁰C unterworfen werden kann, enthält in typischer Weise 12 Gew.-I W, 5 Gew.-I Cr, 2 Gew.-I V sowie 0,85 Gew.-I C und als Rest im wesentlichen Eisen. Das in der Matrix gelöste Wolfram befindet sich dabei im Gleichgewicht mit der gesättigten Lösung des primären Carbides. Obgleich ein Stahl der beschriebenen Zusammensetzung einen zufriedenstellenden zweiten oder sekundären Härtungseffekt liefert, um einer Temperung bei vergleichsweise hohen Form-Bearbeitungstemperaturen widerstehen zu können, neigen diese Stähle zur Porösität. Wie sich beispielsweise aus Spalte 4, Zeilen 4 bis 9 der US-PS 3 053 706 ergibt, ließ sich ausgehend von einem Produkt der angegebenen Zusammensetzung ein gesintertes Metallstück einer Dicke von 1,27 cm herstellen. Bei der Herstellung von größeren Metallteilen für die Verwendung von Formen (dies), beispielsweise Teilen einer Größe von

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3,81 cm oder darüber, neigt das gesinterte Produkt dazu porös zu werden. Überdies erwies sich die Querzerreißfestigkeit als nicht so hoch wie gewünscht, d.h. sie lag lediglich bei etwa 15500 bis 17600 kg/cm².

Aus der US-PS 3 809 540, die ebenfalls auf die Anmelderin zurückgeht„ ist des weiteren ein Titancarbid-Stahl mit einer Stahlmatrix bekannt, die vergleichsweise geringe Niclcelmengen von 0,1 bis 1,0 Gew.-% in der Matrix aufxveist» Dieser Stahl oder dieses stahl-gebundene Titancarbid enthält etwa 20 bis 30 Gew.-% primäre Titancarbid-Körner₉ die in der Stahlmatrix dispergiert sind,die den Rest des Stahles ausmacht, entsprechend etwa 80 bis 70 Gew.-%» Die Matrix besteht dabei zu etwa 3 bis 7 Gew.-ο aus Chrom, zu etwa 2 bis 6 Gew.-% aus Molybdän, zu etwa 0,1 bis 1 Gew.-% aus Nickel, zu etwa 0,3 bis 0,7 Gew.-% aus Kohlenstoff und zum Rest im wesentlichen aus Eisen. Ein spezieller Stahl enthält dabei 24 bis 30 Gew.-I Titancarbid, in welchem Falle die Stahlmatrix den Rest von etwa 76 bis 70 Gew.-% des Stahles bildet. Die Stahlmatrix besteht dabei im wesentlichen zu etwa 4 bis 6 Gew.-% aus Chrom, zu etwa 3 bis 5 Gew.-% aus Molybdän, zu etwa 0,25 bis 0,75 Gew.-o aus Nickel, zu etwa 0,3 bis 0,5 Gew.-% aus Kohlenstoff und zum Rest im wesentlichen aus Eisen.

Aus der US-PS 3 809 540 ergibt sich, daß durch Zusatz bestimmter iN'ickelkonzentrationen zur Matrix eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock erzielt wird sowie gleichzeitig eine verbesserte Querzerreißfestigkeit.

So lassen sich durch Zusatz von Nickel zur Matrix in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 1 Gew.-% und insbesondere bei einer Konzentration von 0,25 bis 0,75 Gew.-% Querzerreißfestig-

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keiten von über 22900 kg/cm und sogar von über 24600 kg/cm erreichen, im Verein mit einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock. Nachteilig an einem solchen Titancarbid-Stahl oder einer solchen stahl-gebundenen Titancarbid-Legierung ist jedoch, daß sie bei Temperaturen oberhalb 510 C oder 538°C einer Erweichung nicht zu widerstehen vermag, insbesondere in den Fällen,, in denen eine Heißbearbeitung erfolgt, bei der vergleichsweise hohe Bearbeitungstemperaturen angewandt werden.

Die Hersteller von Werkzeugen, Werkzeugteilen und dergleichen befinden sich auf ständiger Suche nach besseren Formmaterialien, die hohen Beanspruchungen zu widerstehen vermögen, beispielsweise thermischem Schock, hohen Schlagbeanspruchungen, einem starken Abrieb, z.B. bei Heißbearbeitungsverfahren und Anwendungsgebieten, bei denen eine hohe Schlagbeanspruchung er-folgt und die sich beispielsweise eignen zur Herstellung von Formteilen oder Formelementen, wie beispielsweise Preßbacken, Stauchbacken (warm heading dies), sogenannten"Swedging dies", Schmiedeteilen oder Schmiedestücken (forging dies), Formgußteilen und Formgußwerkzeugen und dergleichen. Infolgedessen besteht ein Bedürfnis nach einem Titancarbid-Werkzeugstahl oder einem stahl-gebundenen Titancarbid-Formmaterial mit einer vorteilhaften Kombination von physikalischen und mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen, beispielsweise einer vorteilhaften Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlagbeanspruchung und einer hohen Querzerreißfestigkeit in Kombination mit einer ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock.

Aufgabe der BRfindung war es, einen Titancarbid-Werkzeugstahl mit einer verbesserten Kombination von physikalischen und thermischen Eigenschaften anzugeben. Die Erfindung sollte dabei die Herstellung eines gehärteten, abriebfesten Formteiles oder Formelementes ermöglichen, das gekennzeichnet ist durch einen hohen Grad von Widerstaidsfähigkeit gegenüber Abrieb in Kombination mit verbesserten physikalischen und mechanischen Eigenschaften und einer optimalen Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock.

Gegenstand der Erfindung ist ein gesinterter Titancarbid-Werkzeugstahl, der sich in besonders vorteilhafter Weise zur Herstellung von gehärteten Formteilen oder Formelementen in Heißbearbeitungsverfahren verwenden läßt, mit 15 bis 40 Gew.-% primären Titancarbid-Körnern, die in einer Stahlmatrix dis-

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pergiert sind, die den Rest des Stahles ausmacht, d.h» 85 bis 60 Gew.-% des Werkzeugstahles bildet. Die Matrix besteht dabei aus 3 bis 7 Gew.-S Chrom, 2 bis 6 Gew.-I Molybdän, 2 bis 8 Gew.-I Nickel, 0,2 bis 0,6 Gew.-I Kohlenstoff und zum Rest im wesentlichen aus Eisen.

Ein besonders vorteilhafter erfindungsgemäßer Titancarbid-Werkzeugstahl weist etwa 20 bis 30 Gew.-% Titancarbid auf, so daß die Stahlmatrix 80 bis 70 Gew.-% des Werkzeugstahles bildet. In vorteilhafter Weise ist die Stahlmatrix dabei aufgebaut zu etwa 4 bis 6 Gew.-i Chrom, zu etwa 3 bis 5 Gew.-% Molybdän, zu etwa 3 bis 7 Gew.-$ Nickel, zu etwa 0,3 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff und zum Rest aus im \iesentlichen Eisen.

Ein spezieller, besonders vorteilhafter erfindungsgemäßer Werkzeugstahl besteht zu etwa 25 Gew.-% aus Titancarbid und zu 75 Gew.-1 aus der Stahlinatrix. Die Stahlmatrix kann dabei in besonders vorteilhafter Weise aufgebaut sein zu etwa 5 Gew,-% aus Chrom, zu et\\ra 4 Gew.-ο aus Molybdän, zu etwa 5 Gew.-°i aus Nickel, zu etwa 0,4 Gew.-a aus Kohlenstoff und zum Rest aus Eisen.

Werkzeugstahl-Eigenschaften, die als wesentlich für die Heißbearbeitung oder für das Arbeiten in der Hitze angesehen werden, sind eine strukturelle Fehlerlosigkeit und Gleichförmigkeit des Stahles, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Wärme-Untersuchung (gross heat checking), eine vorteilhafte thermische Leitfähigkeit, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Erweichen bei erhöhten Arbeitstemperaturen, eine optimale Zähigkeit, um einer Rissbildung oder Spaltung zu widerstehen vermögen und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Erosion an den Oberflächen des Form- und Arbeitsteiles.

Der Erfindung lag die ERkenntnis zugrunde, daß ein Titancarbid-Werkzeugstahl der angegebenen Zusammensetzung die gewünschte

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Kombination von physikalischen und thermischen Eigenschafen aufweist, d.h. gekennzeichnet ist durch eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock, eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlagbeanspruchung, eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb und eine hohe Temperaturhärte um einer Deformation bei erhöhten Bearbeitungstemperatüren widerstehen zu können. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften eignet sich ein erfindungsgemäßer Werkzeugstahl zur Verwendung auf dem Gebiet des Heiß-Schmiedens, auf dem Gebiet des Warm-Walzens sowie für Formen auf dem Gebiet der Spritzgußtechnik. Der hier gebrauchte Ausdruck "Formteil" oder "Formelement" (die element) umfaßt sämtliche der aufgeführten Anwendungsgebiete.

Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel

Zunächst wurde ein Sinterstahl hergestellt, der zu 25 Gew.-I aus TiC und zu etwa 75 Gew.-% aus einer Stahlmatrix mit 5 Gew. -% Cr, 4 Gew.-°ö Mo, 5 Gew.-°s Ni, 0,4 Gew.-°s C und zum Rest aus Eisen bestand. Die Herstellung erfolgte nach folgendem Verfahren:

Etwa 1000 g Titancarbid-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 5 bis etwa 7 Mikron wurden mit 3000 g Stahlmatrix bildender Komponenten der angegebenen Zusammensetzung einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 Mikron in einer Stahlkugelmühle mit Kugeln aus rostfreiem Stahl vermischt. Bei dem Zusatz des Kohlenstoffs wurde der Gehalt des rohen Titancarbid-Materials an freiem Kohlenstoff berücksichtigt. Zu der Mischung wurde dann noch auf 100 g Mischung 1 g Paraffinwachs zugegeben. Die Mahldauer betrug etwa 40 Stunden, wobei die Kugelmühle bis zur Hälfte mit den Stahlkugeln gefüllt war. Der Durchmesser der Stahlkugeln lag bei 1,27 cm. Als Trägermaterial wurde Hexan verwendet.

- ΊΊ. -

Nach beendetem Mahlprozeß wurde die Mischung aus der Kugelmühle entnommen und im Vacuum getrocknet« Eine vorbestimmte Menge des Pulvergemisches wurde dann in einer Form bei einem

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Druck von etwa 2110 oder 2362 kg/cm (15 t.s.i.) zu einem Formteil der gewünschten Form verpreßt» Der Preßling wurde dann in flüssiger Phase gesintert, d.h« bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Matrix, im vorliegenden Falle bei einer Temperatur von etwa 1435°C« Das Sintern erfolgte im Vacuum, beispielsweise einem Vacuum entsprechend 20 Mikron Quecksilbersäule oder einem noch stärkeren Vacuum. Die Sinterdauer betrug im vorliegenden Falle eine Stunde« Danach wurde der Preßling auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Härte lag bei etwa 57 R_c.

Das gesinterte Teil wurde dann 24 Stunden lang bei 65O°C gesintert. Auf diese Weise wurde eine Härte von 44 R,- erhalten. Bei einem solchen Härtegrad läßt sich das Sinterseil durch Bearbeitung in die gewünschte Form bringen, bevor es durch eine Wärmebehandlung gehärtet wird.

Die Härtungsbehandlung bestand aus einer Lrhitzung des getemperten Teiles auf eine Temperatur von etwa 8 7O°C. Die Erhitzungsdauer betrug 2 Stunden. Daraufhin wurde das Teil an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Die auf diese Weise erreichte Härte lag bei etwa 65 R_f,.

Als vorteilhaft hat es sich enviesen das gehärtete Teil dadurch zu tempern, daß es etwa eine viertel Stunde bis 1 Stunde lang auf eine Temperatur von etwa 100 bis 175°C erhitzt wird. Bei 150⁰C wurde das Teil von einer Härte von 65 Rp auf eine Härte von 64,4 R„ gehärtet. Die Härtungs-Wärmebehandlung ist vorteilhafter als die in der US-PS 3 809 540 beschriebene Behandlung eines Stahles mit einer Stahlmatrix mit niedrigem Nickelgehalt, bei der der Werkzeugstahl mit niedrigem Nickelgehalt in Öl von einer vergleichsweise hohen Temperatur von etwa 1O25°C abgekühlt wurde. Eine derartige Abschreckung kann

DimensionsVeränderungen im Teil hervorrufen und darüberhinaus zu thermischen Spannungen führen.

Die Querzerreißfestigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Werkzeugstahles im gehärteten Zustand lag bei 26 720 kg/cm . Obgleich dieser Wert nicht ganz so gut ist, wie die optimalen Querzerreißfestigkeitswerte, die im Falle von Titancarbid-Werkzeugstählen mit vergleichsweise niedrigem Nickelgehalt erhalten werden, ist doch die erzielte Querzerreißfestigkeit sehr gut, wenn man die Tatsache beachtet, daß die Legierung, die bei 87O°C härtbar ist, einer Erweichung bei hohen Arbeitstemperaturen von über 51O⁰C oder 538⁰C zu widerstehen vermag.

Bin besonderer Vorteil eines erfindungsgemäßen Werkzeugstahles oder einer erfindungsgemäßen Legierung besteht darin, daß wenn sie als Formteil oder Formelement bei erhöhter Arbeitstemperatur von über 65O°C, z.B. 872°C verwendet wird, bei der Abkühlung an der Luft von der Arbeitstemperatur einer Selbsthärtung unterliegt. Diese Eigenschaft der SLlbsthärtung ermöglicht eine längere Lebensdauer.

Es wurden thermische Schockteste durchgeführt, bei denen der erfindungsgemäße Titancarbid-Werkzeugstahl mit anderen Werkzeugstählen verglichen wurde. Die miteinander verglichenen Werkzeugstähle hatten folgende Zusammensetzung:

(1) Gemäß Erfindung

25 % TiC - 75 % Stahlmatrix;

Matrix: 5 % Cr, 4 % Mo, 5 % Ni, 0,4 % C, Rest im wesentlichen Eisen.

(A) Gemäß US-PS 2 828 202

33 % TiC - 67 % Stahlmatrix;

Matrix: 3 % Cr, 3 I Mo, 0,6 % C, Rest im wesentlichen Eisen.

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(B) Gemäß US-PS 3 653 982

34.5 % TiC - 65,5 % Stahlmatrix;

Matrix: 10 % Cr, 3 % Mo, 0,85 % C, Rest im wesentlichen Eisen.

(C) Gemäß US-PS 3 053 706

45.6 % WTiC₂ - 54,4 % Stahlmatrix;

Matrix: 12 % W, 5 % Cr, 2 % V, 0,85 I C, Rest im wesentlichen Eisen.

(D) Gemäß US-PS 3 809 940

25 I TiC - 75 % Stahlmatrix; Matrix: 5 % Cr, 4 % Mo, 0,5 % Ni, 0,4 % C, Rest im wesentlichen Eisen.

Die beschriebenen Stähle wurden durch Sintern wie für den erfindungsgemäßen Titancarbid-Werkzeugstahl beschrieben, hergestellt. Sämtliche Stähle wurden im gehärteten Zustand unter Anwendung des im folgenden beschriebenen thermischen Schocktest miteinander verglichen.

Rechteckige, geschliffene Stücke einer Größe von ungefähr 2,54 χ 2,54 χ 0,63 cm wurden wiederholt auf 815°C erhitzt und in einem Ölbad von Raumtemperatur abgekühlt. Der Erhitzungsund Abschreckzyklus wurde solange wiederholt, bis Risse im Material auftraten. Ermittelt wurde die Anzahl von Zyklen vor dem Auftreten von Rissen als Maß für die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber thermischem Schock. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Anzahl von Zyklen vor dem Auf-Getestetes Material treten von Rissen

CA) 4

(B) 2

(C) 1

(D) 15

(D
(gemäß Erfindung) 17

ORIGINAL INSPEGTEO

Aus den erhaltenen Daten ergibt sich ,^ daß im Falle des erfindungsgemäßen Werkzeugstahles die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock beträchtlich größer ist. Dies ist eine besonders vorteilhafte Eigenschaft in den Fällen, in denen das Material als Formelement oder Formteil der Einwirkung hoher Temperaturen ausgesetzt wird, beispielsweise bei der Heißbearbeitung, z.B. im Falle von Schmiedeteilen oder Gesenken (forging dies), Preßmatrizen oder Preßstempeln oder Preßteilen (extrusion dies), Spritzgußformen oder Spritzgußteilen (die-casting dies), Heißwalz formen (hot rolling dies) und dergleichen.

Durch die angewandte Wärmebehandlung lassen sich verschiedene Mikrostrukturen erzeugen, wobei die MikroStruktur ein austenitisches Zerfallsprodukt darstellt. Im getemperten Zustand entspricht die MikroStruktur Austenit oder Perlit (z.B. einem sphäroidisieren Perlit). Im gehärteten Zustand kann die MikroStruktur eine beträchtliche Martensitstruktur oder Bainitstruktur sein oder beide Strukturen aufweisen. Ganz allgemein gesprochen ist die MikroStruktur ein austenitisches Zerfallsprodukt aus der Gruppe Perlit, Bainit und Martensit.

iff ·*?/·* it

ORIGINAL /NSPECTED

Claims

Patentansprüche

Gesinterter Titancarbid-Werkzeugstahl mit einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock, Schlagbeanspruchung, Abrieb und Erweichung bei erhöhter Temperatur, aus einer Stahlmatrix mit einem Gehalt an 15 bis 40 Gew.-% in der Matrix dispergierten primären Titancarbid-Körnern, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlmatrix besteht zu: 3 bis 7 Gew.-I Chrom, 2 bis 6 Gew.-⁹» Molybdän, 2 bis 8 Gew.-I Nickel, 0,2 bis 0,6 Gew.-% Kohlenstoff und zum Rest im wesentlichen aus Eisen.
2. Titancarbid-Werkzeugstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Gehalt an Titancarbid in der Matrix bei 20 bis 30 Gew.-°ö liegt und daß die Stahlmatrix besteht zu: 4 bis 6 Gew.-⁰S Chrom, 3 bis 5 Gew,-$ Molybdän, 3 bis 7 Gew.-I Nickel, 0,3 bis 0,5 Gew.-3 Kohlenstoff und zum Rest im wesentlichen aus Eisen.

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3. Titancarbid-Werkzeugstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix, welche die primären Titancarbidkörner umhüllt durch eine MikroStruktur eines austenitischen Zerfallsproduktes gekennzeichnet ist.
4. Verwendung eines gesinterten Titancarbid-Vverkzeugstahles nach Ansprüchen 1 bis 3 zur Hers teilung von in der Hitze bearbeitbaren Forinteilen.
5. Verwendung eines gesinterten Titancarbid-Werkzeugstahles nach Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung von Forruteilen mit einer Stahlmatrix, die eine MikroStruktur mit Martensit oder eine martensitische MikroStruktur aufweist.

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